HUKUM DASAR KIMIA 1) Hukum Kekekalan Massa ( Hukum Lavoisier ). Yaitu : “Dalam sistem tertutup, massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.” Contoh : 40 gram Ca + 16 gram O2 56 gram CaO 12 gram C + 32 gram O2 44 gram CO2 Contoh soal : 1 Pada wadah tertutup, 4 gram logam kalsium dibakar dengan oksigen, menghasilkan kalsium oksida. Jika massa kalsium oksida yang dihasilkan adalah 5,6 gram, maka berapa massa oksigen yang diperlukan? Jawab : m Ca = 4 gram m CaO = 5,6 gram m O2 = ..? Berdasarkan hukum kekekalan massa : Massa sebelum reaksi = massa sesudah reaksi m Ca + m O2 = m CaO m O2 = m CaO - m Ca = (5,6 – 4,0) gram = 1,6 gram Jadi massa oksigen yang diperlukan adalah 1,6 gram. Contoh soal : 2 7 gram besi 7 gram hidrogen 8 gram tembaga
4 gram sulfur 16 gram oksigen 2gram oksigen
11 gram besi (II) sulfida ..23.... gram air 10 gram tembaga(II) oksida
24 gram magnesium ...64..gram tembaga
28gram nitrogen
52 gram magnesium nitrida
Fe + S FeS 2H2 + .O2.. 2H2O 2Cu + O2 2CuO………. 3 Mg + N2 Mg3N2
32 gram sulfur
96 gram tembaga(II) sulfida
Cu+ S..... CuS
2) Hukum Perbandingan Tetap ( Hukum Proust ). Yaitu : “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa adalah tertentu dan tetap.” Contoh : Air tersusun oleh unsur-unsur hidrogen (H2) dan oksigen (O2) dengan perbandingan yang selalu tetap yaitu : 11,91 % : 88,81 % = 1 : 8 Massa Massa Massa H2 O2 H2O Massa zat sisa (gram) (gram) (gram) 1 8 9 2 16 18 3 16 18 1 gram H2 3 25 27 1 gram O2 4 25 28,125 0,875 gram H2 Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
1
Contoh soal : Jika diketahui perbandingan massa besi (Fe) dan belerang (S) dalam pembentukan senyawa besi (II) sulfida (FeS) adalah 7 : 4 maka tentukan : a) Massa besi yang dibutuhkan untuk bereaksi dengan 8 gram belerang! b) Massa belerang yang tersisa, jika sebanyak 21 gram Fe direaksikan dengan 15 gram S! c) Massa S dan massa Fe yang dibutuhkan untuk menghasilkan 22 gram senyawa FeS! Jawab : Reaksi : Fe S FeS 7 4 11 Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama, sehingga 7 gram Fe akan bereaksi dengan 4 gram S membentuk 11 gram FeS. a) Massa S = 8 gram Massa Fe = …? Massa Fe =
7 4
x 8 gram 14 gram
Jadi massa Fe yang dibutuhkan adalah 14 gram. b) 21 gram Fe direaksikan dengan 15 gram S, berarti : Fe : S = 21 : 15 = 7 : 5 Belerang berlebih, berarti seluruh Fe habis bereaksi. Massa Fe yang bereaksi = 21 gram Massa S yang bereaksi =
4 7
x 21 gram 12 gram
Massa S yang tersisa = ( 15-12 ) gram Jadi massa S yang tersisa adalah 3 gram.
= 3 gram
c) Untuk membentuk 22 gram FeS : m Fe = m S=
4 11
7 11
x 22 gram 14 gram
x 22 gram 8 gram
Jadi massa Fe dan S yang dibutuhkan adalah 14 gram dan 8 gram. Latihan soal : 1. Hidrogen bereaksi dengan oksigen akan membentuk air dengan perbandingan H : O = 1 : 8. Jika hidrogen yang tersedia 25 gram dan oksigen 160 gram, maka berapa gram air yang terbentuk dan berapa sisa unsur pembentuknya? Jawab : Massa H = 25 gram Massa O = 160 gram H:O=1:8 Massa H2O = ? Massa sisa = ? Hidrogen habis bereaksi, oksigen yang diperlukan = 8/1 x 25 gram = 200 gram (TIDAK MUNGKIN)
Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
2
Oksigen habis bereaksi, hidrogen yang diperlukan = 1/8 x 160 gram = 20 gram Air yang terbentuk = hidrogen + oksigen = 20 + 160 =180 gram Sisa hidrogen = (25 – 20) gram = 5 gram 2. Dalam pembentukan karbondioksida tersedia C=90 gram dan O=250 gram. Jika dalam pembentukan tersebut, perbandingan C:O = 3 : 8, maka berapa gram CO2 yang terjadi dan berapa gram unsur yang tersisa? Penyelesaian : C = 90 gram O = 250 gram C:O=3:8 Jika C habis bereaksi, maka O yang diperlukan = 8/3 x 90 gram = 240 gram CO2 yang terbentuk = C + O = (90 + 240 gram) = 330 gram O habis bereaksi, maka C yang diperlukan = 3/8 x 250 gram = 93,75 gram (TIDAK MUNGKIN) Sisa O = (250 – 240) gram = 10 gram 3) Hukum Kelipatan Perbandingan / Hukum Perbandingan Berganda ( Hukum Dalton ). Yaitu : “Jika dua jenis unsur dapat membentuk lebih dari satu macam senyawa, maka perbandingan massa salah satu unsur yang terikat pada massa unsur lain yang sama, merupakan bilangan bulat dan sederhana.” Contoh : C dan O dapat membentuk dua jenis senyawa, yaitu CO dan CO2. Jika massa C dalam kedua senyawa itu sama (berarti jumlah C sama), maka : Massa O dalam CO : massa O dalam CO2 akan merupakan bilangan bulat dan sederhana (yaitu = 1:2 ). Contoh soal : Karbon dapat bergabung dengan hidrogen dengan perbandingan 3 : 1, membentuk gas metana. Berapa massa hidrogen yang diperlukan untuk bereaksi dengan 900 gram C pada metana? Jawab : C : H = 3 : 1 sehingga : 900 : m H = 3 : 1
m H=
1 3
x 900 gram 300 gram;
Jadi, massa H yang diperlukan adalah 300
gram.
Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
3
4) Hukum Perbandingan Volum ( Hukum Gay Lussac ). Yaitu : “Pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volum gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi merupakan bilangan bulat dan sederhana.” Contoh : Dua volum gas hidrogen bereaksi dengan satu volum gas oksigen membentuk dua volum uap air. gas hidrogen + gas oksigen uap air 2V 1V 2V Perbandingan volumenya = 2 : 1 : 2 Soal : Satu volum gas nitrogen bereaksi dengan tiga volum gas hidrogen membentuk dua volum amonia. Tentukan perbandingan volumenya. gas nitrogen + gas hidrogen amonia 1V 3V 2V Perbandingan volumenya = 1 : 3 : 2
5) Hukum Avogadro. Yaitu : “Pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumnya sama mengandung jumlah partikel yang sama pula.” Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
4
Contoh : Pada pembentukan molekul H2O 2L H2(g) + 1L O2(g) 2L H2O(g) H
H +
H
O
O
O
H
H
2 molekul H2 molekul H2O
O H
H
H
1 molekul O2 2
Catatan : Jika volume dan jumlah molekul salah 1 zat diketahui, maka volume dan jumlah molekul zat lain dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : koefisienyang dicari Vyang dicari x Vyang diketahui koefisienyang diketahui
dan X yang dicari
koefisienyang dicari koefisienyang diketahui
x X yang diketahui
Keterangan : V = volume molekul ( L ) X = jumlah partikel ( molekul ) Contoh soal : Pada suhu dan tekanan yang sama, sebanyak 2 L gas nitrogen (N 2) tepat bereaksi dengan gas H2 membentuk gas NH3 (amonia). Tentukan : a) Persamaan reaksinya! b) Volume gas H2 yang diperlukan! c) Volume gas NH3 yang dihasilkan! Jawab : a) Persamaan reaksinya : N 2 (g) 3 H 2 (g) 2 NH3 (g)
b) V H2 =
= 3 1
koef. H 2 koef. N
x 2L
x V N2
2
= 6L
Jadi volume gas H2 yang diperlukan dalam reaksi adalah 6 L. c) V NH3
=
koef. NH koef. N
3
2
Modul Hukum Dasar Kimia
x V N2
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
5
=
2 1
x 2L=
4L
Jadi volume gas NH3 yang dihasilkan oleh reaksi tersebut adalah 4 L. Konsep Mol { Pelajari lagi tentang Massa Atom Relatif (Ar) dan Massa Molekul Relatif (Mr)! } a) Definisi Mol o Satu mol adalah banyaknya zat yang mengandung jumlah partikel yang = jumlah atom yang terdapat dalam 12 gram C-12. o Mol merupakan satuan jumlah (seperti lusin,gros), tetapi ukurannya jauh lebih besar. o Mol menghubungkan massa dengan jumlah partikel zat. o Jumlah partikel dalam 1 mol (dalam 12 gram C-12) yang ditetapkan melalui berbagai metode eksperimen dan sekarang ini kita terima adalah 6,02 x 10 23 (disebut tetapan Avogadro, dinyatakan dengan L). Contoh : 1 mol air artinya : sekian gram air yang mengandung 6,02 x 1023 molekul air. 1 mol besi artinya : sekian gram besi yang mengandung 6,02 x 10 23 atom besi. 1 mol asam sulfat artinya : sekian gram asam sulfat yang mengandung 6,02 x 1023 molekul H2SO4. 1 mol = 6,02 x 1023 partikel L = 6,02 x 1023
b) Hubungan Mol dengan Jumlah Partikel Dirumuskan :
X n x 6,02 x 10
23
Keterangan : n = jumlah mol X = jumlah partikel Contoh soal : ada
c) o o o
Massa Molar (mm) Massa molar menyatakan massa 1 mol zat. Satuannya adalah gram mol-1. Massa molar zat berkaitan dengan Ar atau Mr zat itu, karena Ar atau Mr zat merupakan perbandingan massa antara partikel zat itu dengan atom C-12. Contoh : Ar Fe = 56, artinya : massa 1 atom Fe : massa 1 atom C-12 = 56 : 12 Mr H2O = 18, artinya : massa 1 molekul air : massa 1 atom C-12 = 18 : 12 Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
6
Karena : 1 mol C-12 = 12 gram (standar mol), maka : Massa 1 mol atom Fe
=
Massa 1 mol molekul air
=
56 12 18 12
x 12 gram 56 gram x 12 gram 18 gram
Kesimpulan : Massa 1 mol suatu zat = Ar atau Mr zat tersebut (dinyatakan dalam gram).
Untuk unsur yang partikelnya berupa atom : mm = Ar gram mol-1 Untuk zat lainnya :
mm = Mr gram mol-1
d) Hubungan Jumlah Mol (n) dengan Massa Zat (m) Dirumuskan :
m n x mm dengan : m n mm
= massa (gram) = jumlah mol = massa molar (gram mol –1 )
Contoh soal : 1. Hitung massa 10 mol gas O2, jika diketahui Ar O = 16 gram/mol ! Penyelesaian : m = n x mm m = 10 mol x 16 gram/mol = 160 gram Latihan soal : 1. Urea yang digunakan sebagai pupuk mempunyai rumus kimia CO(NH2)2 a. Berapakah massa molar urea? b. Berapa mol yang terkandung dalam 30 kg urea? (Ar C = 12, O = 16, N =14, H=1) Penyelesaian : 1. a. Massa molar urea = Mr urea yang dinyatakan dalam gram/mol Mr = (1 x 12) + (1 x 16) + (2 x 14) + (4 x 1) = 60 Jadi mm urea = 60 gram/mol b. mol dari 30 kg urea = 30000 gram n= = 500 mol 60 gram / mol
Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
7
e) Volum Molar Gas (Vm) o Adalah volum 1 mol gas. o Menurut Avogadro, pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas bervolum sama akan mengandung jumlah molekul yang sama pula. o Artinya,pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas dengan jumlah molekul yang sama akan mempunyai volum yang sama pula. o Oleh karena 1 mol setiap gas mempunyai jumlah molekul sama yaitu 6,02 x 1023 molekul, maka pada suhu dan tekanan yang sama, 1 mol setiap gas mempunyai volum yang sama. o Jadi : pada suhu dan tekanan yang sama, volum gas hanya bergantung pada jumlah molnya. Dirumuskan :
V = n x Vm dengan : V = volum gas (Liter) n = jumlah mol (mol) Vm = volum molar (Liter/mol) Beberapa kondisi / keadaan yang biasa dijadikan acuan : 1) Keadaan Standar (STP) Adalah suatu keadaan dengan suhu 0oC dan tekanan 1 atm. Dinyatakan dengan istilah STP (Standard Temperature and Pressure). Pada keadaan STP, volum molar gas (Vm ) = 22,4 liter/mol
2) Keadaan Kamar (RTP) Adalah suatu keadaan dengan suhu 25oC dan tekanan 1 atm. Dinyatakan dengan istilah RTP (Room Temperature and Pressure). Pada keadaan RTP, volum molar gas (Vm) = 24 liter/mol
3) Keadaan Tertentu dengan Suhu dan Tekanan yang Diketahui Digunakan rumus Persamaan Gas Ideal : P V nR T
P V n R
V
nR T P
= tekanan gas (atm); 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg = volum gas (L) = jumlah mol gas = tetapan gas Raoult (0,082 L atm/mol K)
Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
8
T
= suhu mutlak gas (dalam Kelvin = 273 + suhu Celcius)
4) Keadaan yang Mengacu pada Keadaan Gas Lain Misalkan : Gas A dengan jumlah mol = n1 dan volum = V1 Gas B dengan jumlah mol = n2 dan volum = V2 Maka pada suhu dan tekanan yang sama : V1 n 1 V2 n2
atau
n1 n 2 V1 V2
atau
n n V gas A V gas B
f) Kemolaran Larutan (M) Kemolaran adalah suatu cara untuk menyatakan konsentrasi (kepekatan) larutan. Menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam tiap liter larutan, atau jumlah mmol zat terlarut dalam tiap mL larutan. Dirumuskan : M
n V
dengan : M = kemolaran larutan n = jumlah mol zat terlarut V = volum larutan Misalnya : larutan NaCl 0,2 M artinya, dalam tiap liter larutan terdapat 0,2 mol (= 11,7 gram) NaCl atau dalam tiap mL larutan terdapat 0,2 mmol (= 11,7 mg) NaCl. Rangkuman : Kemolaran ( M )
Jumlah Partikel ( X ) 23 X n x 6,02 x 10
M
n V
Jumlah Mol ( n ) m n x mm
V n x Vm
Volum Gas ( V )
Massa ( m ) Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
9
Stoikiometri Senyawa
1) Rumus Empiris ( RE ) Disebut juga rumus perbandingan adalah rumus kimia yang menyatakan perbandingan paling sederhana dari atom-atom unsur penyusun senyawa. Contoh : 1. Suatu sampel gas berwarna coklat mengandung 2,34 g N dan 5,34 g O. Bagaimana rumus empiris gas tersebut? Jawab : Ar N = 14 gram/mol , Ar O = 16 gram/mol Jumlah mol N = 2,34 gram / 14 gram/mol = 0,167 mol Jumlah mol O = 5,34 gram / 16 gram/mol = 0,334 mol Rumus empiris = N 0,167 O 0,334 Disederhanakan = NO2 2) Rumus Molekul ( RM ) Secara umum, rumus molekul suatu senyawa dapat dinyatakan sebagai berikut : RM = ( RE )y
Keterangan : Harga y bergantung pada besarnya harga Massa Molekul Relatif ( Mr ) dari senyawa yang bersangkutan. Contoh : 1. Berdasarkan data analisis percobaan, suatu gas mengandung 92,3 % massa C dan 7,7% massa H. Jika Mr gas tersebut adalah 26, tentukan rumus empiris dan rumus molekul gas tersebut ? (Ar H = 1, C =12) Jawab : a. misalkan gas yang dianalisis 100 gram massa C = 92,3 gram dan massa H = 7,7 gram b. menentukan jumlah mol C dan H mol C = 92,3 gram = 7,69 mol 12 gram/mol mol H = 7,7 gram = 7,7 mol 1 gram/mol c. perbandingan mol C : mol H = 7,69 mol : 7,7 mol ===> 1 : 1 d. Rumus empiris = CH e. Rumus molekul (CH)y , Mr (CH) y = 26 Sehingga = (Ar C + Ar H) y = 26 (12 + 1) y = 26 13y = 26 y= 2 RM = C2H2 3) Kadar Unsur dalam Senyawa ( dalam % ) Dirumuskan : Kadar
y x Ar x 100% Mr
Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
10
Keterangan : y = jumlah atom unsur dalam 1 molekul senyawa ( angka indeks dari unsur yang bersangkutan dalam rumus kimia senyawa ) Contoh : 1. Untuk mendapatkan sirup yang enak, Intan mencampurkan 10 mL sirup ABC dengan 240 mL air. Berapakah persentase sirup dalam segelas air tersebut ? Stoikiometri Reaksi 1) Hitungan Kimia Sederhana Dapat diselesaikan melalui 4 langkah yaitu sebagai berikut : 1) Menuliskan persamaan reaksi kimia yang setara 2) Menyatakan jumlah mol zat yang diketahui 3) Menentukan jumlah mol zat yang ditanyakan dengan menggunakan perbandingan koefisien reaksi 4) Menyesuaikan jawaban dengan pertanyaan Contoh : ada 2) Pereaksi Pembatas o Adalah suatu pereaksi yang habis bereaksi terlebih dahulu. Contoh : Reaksi antara Al dengan O2 membentuk aluminium oksida, menurut persamaan reaksi : 4 Al( s )
3 O (g ) 2 Al O (s ) 2 2 3
Jumlah Mol Pereaksi Al O2 4 3 4 4 5 3 2 1,5 0,6 0,4
Jumlah Mol Produk
Pereaksi Pembatas
Jumlah Mol Pereaksi yang Bersisa
2 2 2 1 0,27
Ekivalen Aluminium Oksigen Ekivalen Oksigen
1 mol oksigen 1 mol aluminium 0,07 mol aluminium
Cara menentukan Pereaksi Pembatas : a) Nyatakan zat yang diketahui dalam mol b) Bagilah jumlah mol masing-masing zat dengan koefisiennya c) Pereaksi yang hasil pembagiannya paling kecil, merupakan pereaksi pembatas Contoh : ada 3) Hitungan yang Melibatkan Campuran Jika dari suatu campuran, terjadi lebih dari satu reaksi ( 1 ) maka persamaan reaksinya harus ditulis secara terpisah. Contoh : ada Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
11
4) Penentuan Rumus Kimia Hidrat o Hidrat adalah zat padat yang mengikat beberapa molekul air sebagai bagian dari struktur kristalnya. Contoh : CuSO4. 5 H2O ( terusi ) CaSO4. 2 H2O ( gipsum ) MgSO4. 7 H2O ( garam Inggris ) Na2CO3. 10 H2O ( soda hablur ) o Jika suatu hidrat dipanaskan, maka sebagian atau seluruh air kristalnya dapat menguap ( lepas ). Contoh :
o Jika suatu hidrat dipanaskan, maka sebagian atau seluruh air kristalnya dapat menguap ( lepas ). Contoh : Garam epsom (MgSO4.xH2O) dipanaskan pada suhu 250oC mengalami reaksi sebagai berikut. MgSO4 . xH2O → MgSO4 + H2O Jika sebanyak 5,061 gram MgSO4 .xH2O terurai menghasilkan 2,472 gram MgSO4 Hitung berapa nilai x? (Mr MgSO4 = 120 dan Mr H2O = 18) Penyelesaian : MgSO4 . xH2O → MgSO4 + xH2O 5,061 gram 2,472 gram Massa reaktan = massa produk Massa MgSO4 . xH2O = massa (MgSO4 + xH2O) Massa xH2O = (Massa MgSO4 . xH2O – massa MgSO4) Massa xH2O = (5,061 – 2,472) gram Mol MgSO4 = mol H2O
Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
12
Modul Hukum Dasar Kimia
Kelas X
SMA Sedes Sapientiae Jambu
13
